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Segunda Lei da Termodinâmica

Transcrição de vídeo

RKA7JV Você já esteve em uma sala sob a temperatura de aproximadamente 25 graus Celsius e, nessa sala, você tem um copo com água e, espontaneamente, surge um cubo de gelo no copo? Imagino que não. De fato, você não veria isso acontecer, principalmente sob tal condição de 25 graus Celsius, que é uma temperatura que está acima da temperatura de congelamento da água. Mas por que não? Tecnicamente, isso não desafia a física Newtoniana, nem mesmo a primeira lei da termodinâmica. Vamos ver como isso poderia acontecer efetivamente. Imagine um grupo de moléculas de água no estado líquido. Cada uma dessas moléculas está sob alguma temperatura. Lembre-se que temperatura é a média da energia cinética e, estando em temperaturas diferentes, cada uma possui a sua própria velocidade, seu próprio momento. Essas moléculas também possuem ligações de hidrogênio entre si, e é por esse motivo que a água é líquida sob temperatura ambiente. Então, essas moléculas estão fazendo o seu percurso, mas existe alguma probabilidade de que haja um choque entre as moléculas. Por exemplo, essa molécula pode se chocar com essa, assim como essa pode chocar com essa, e essa pode se chocar com essa. Esse choque pode resultar em uma perda de energia para a molécula mais lenta e um ganho de energia para a molécula mais rápida. Então, as moléculas que estavam se movendo mais devagar, agora, vão se mover mais devagar ainda porque elas perderam energia. E as moléculas que estavam se movimentando mais rapidamente, agora, vão se mover mais rápido ainda, porque elas ganharam energia. Essas moléculas no centro perderam tanta velocidade e têm a energia cinética tão baixa, que a ligação de hidrogênio pode se formar. E essa água central estaria se solidificando, estaria se transformando em gelo. Você pode pensar isso em uma outra forma. Imagine uma visão de cima para baixo de água, um sistema razoavelmente uniforme, a 25 graus Celsius, e aí um núcleo começa a se resfriar, e a outra parte começa a esquentar. Veja, aqui você não está criando nenhuma forma de energia, apenas tendo transferência espontânea de energia da região mais fria para a região mais quente. Hipoteticamente, essa transferência de calor de áreas mais frias, da água mais fria para a água mais quente, é possível. Porém, esses senhores estudiosos, Clausius, Kelvin e Carnot, observaram que isso não acontece na natureza. Eles não observaram o calor, que é a energia cinética de corpos em movimento, sendo transferidos no sentido frio para quente. E, com isso, surge a segunda lei da termodinâmica. E o que essa lei diz? Ela diz exatamente o contrário, diz que a transferência espontânea de calor ocorre de corpos quentes para corpos frios. Então, a transferência espontânea de calor ocorre no sentido quente para frio. E você pode imaginar isso assim: imagine um copo d'água, aqui você tem a água e alguns cubos de gelo. A transferência, de acordo com a segunda lei, ocorre de regiões mais quentes, com mais energia cinética, para regiões mais frias, com menos energia cinética. Estatisticamente falando, existe alguma probabilidade, mesmo que pequena, de que gelo se forme espontaneamente, mas não quando falamos de sistemas reais, porque sistemas reais possuem muito mais do que apenas três moléculas, possuem uma quantidade gigantesca de moléculas. Em um sistema real, a probabilidade de isso acontecer é muito baixa. Mais um exemplo do que acontece de fato, imagine uma caixa com algumas moléculas. Essas moléculas da esquerda possuem mais calor, possuem mais energia cinética, e essas da direita possuem menos energia, são moléculas mais frias. Então, do lado esquerdo você tem moléculas mais agitadas, moléculas com mais energia, portanto, moléculas com mais calor. E do lado direito, você tem moléculas menos agitadas, com menos energia, portanto, mais frias. E isso implica na diferença de temperatura. A temperatura aqui é mais quente, é maior do que a temperatura aqui, que é mais fria. Aqui, a temperatura é mais baixa e aqui a temperatura é mais alta. E você deixa esse sistema por algum tempo, e o que vai acontecer? As moléculas vão interagir entre si e vai haver transferência de energia. Aqui você tem as suas moléculas, e o que você vai ver nessa situação é um sistema homogêneo, um sistema que está em equilíbrio, porque você não vai ser mais capaz de distinguir um lado esquerdo e um lado direito, um lado esquerdo mais energético e um lado direito menos energético. O que você vai ver é uma média de energia cinética nessas moléculas. E mesmo que haja alguma diferença entre a energia de molécula para molécula, você vai ter uma média de energia cinética. Então, você vai observar a transferência de calor, a transferência de energia, de lá para cá. Você vai ver a transferência de calor, calor a gente representa por "Q", do lado mais energético para o lado menos energético, do lado mais quente para o lado mais frio. É isso que a segunda lei da termodinâmica diz. A energia vai passar sempre nesse sentido, o calor vai passar sempre no sentido quente para o frio. Mesmo que, estatisticamente, seja possível o calor passar de corpos frios para corpos quentes, o que acontece é o contrário.